ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Для компенсации температурного расширения, вибраций и вызванных ими опасных деформаций на силовых токоведущих проводниках используются специальные медные компенсаторы. Применение компенсаторов для токоведущих элементов позволяет повысить надежность, долговечность и безопасность эксплуатации силовых электротехнических устройств. Однако в настоящее время для изготовления компенсаторов используется технология ручной пайки, недостатками которой являются низкая производительность, ограниченные размеры получаемых изделий, а также зависимость качества получаемой продукции от квалификации персонала. В связи с этим актуальной задачей является разработка новых перспективных методов получения медных компенсаторов. К таким методам можно отнести сварку трением с перемешиванием. Этот вид формирования неразъемных соединений прочно занял свою нишу в корабле- и автомобилестроении, производстве корпусов ракет и в других отраслях. Сварка трением с перемешиванием разрабатывалась в первую очередь для получения неразъемных соединений термически упрочняемых алюминиевых сплавов, однако используется и для сварки термически не упрочняемых алюминиевых сплавов, титановых сплавов, сталей и меди. Теоретические и экспериментальные исследования процесса сварки трением с перемешиванием меди демонстрируют высокую способность данной технологии для получения неразъемных соединений из меди и ее сплавов. Целью настоящей работы стало выявление особенностей структуры и механических характеристик медных компенсаторов, произведенных методом сварки трением с перемешиванием. Результаты и обсуждения.  Проведенные исследования показали, что при сварке трением с перемешиванием медной монолитной пластины и медных фольг, предварительно соединенных припоем в пакет, можно получить неразъемное соединение без образования нежелательных интерметаллидных соединений. Припой замешивается в сварной шов послойно, при этом распределение припоя в зоне перемешивания неравномерно. Данные измерений микротвердости и элементного микроанализа показали, что отступающая сторона шва содержит наибольшее количество ламелей замешанного припоя. Структура пакета фольг после сварки не претерпела изменений, благодаря чему электропроводность материала также не изменилась. Испытания на растяжение показали, что разрушение компенсатора происходит не по сварному шву, а последовательным разрывом медных фольг, что позволяет заранее идентифицировать поврежденный элемент.

1. Adhesion transfer in sliding a steel ball against an aluminum alloy / S.Yu. Tarasov, A.V. Filippov, E.A. Kolubaev, T.A. Kalashnikova // Tribology International. – 2017. – Vol. 115. – P. 191–198. – DOI: 10.1016/j.triboint.2017.05.039.

2. Tarasov S.Yu., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. A proposed diffusion-controlled wear mechanism of alloy steel friction stir welding (FSW) tools used on an aluminum alloy // Wear. – 2014. – Vol. 318, N 1. – P. 130–134. – DOI: 10.1016/j.wear.2014.06.014.

3. Mishra R.S., Ma Z.Y. Friction stir welding and processing // Material Science and Engineering: R. – 2005. – Vol. 50, N 1. – P. 1–78. – DOI: 10.1016/j.mser.2005.07.001.

4. Al-Moussawi M., Smith A.J. Defects in friction stir welding of steel // Metallography, Microstructure, and Analysis. – 2018. – Vol. 7, N 2. – P. 194–202. – DOI: 10.1007/s13632-018-0438-1.

5. AbuShanab W.S., Moustafa E.B. Detection of friction stir welding defects of AA1060 aluminum alloy using specific damping capacity // Materials (Basel, Switzerland). – 2018. – Vol. 11, N 12. – P. 2437. – DOI: 10.3390/ma11122437.

6. Challenges in the detection of weld-defects in friction-stir-welding (FSW) / M.A. Wahab, M.W. Dewan, D.J. Huggett, A.M. Okeil, T.W. Liao, A.C. Nunes // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2019. – Vol. 5, N 2. – P. 258–278. – DOI: 10.1080/2374068X.2019.1575713.

7. Das B., Pal S., Bag S. Defect detection in friction stir welding process using signal information and fractal theory // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 144. – P. 172–178. – DOI: 10.1016/j.proeng.2016.05.021.

8. Reduction of defects in Al-6061 friction stir welding and verified by radiography / D. Kumaravel, V.K.B. Raja, C. Potnuru, N. Polina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – Vol. 197. – P. 12062. – DOI: 10.1088/1757-899x/197/1/012062.

9. Experimental study on effect of welding parameters of friction stir welding (FSW) on aluminium AA5083 T-joint / M.T.S.M. Said, D.A. Hamid, A. Ismail, S.N.N. Zainal, M. Awang, M.A. Rojan, I.M. Ikram, M.F. Makhtar // Information Technology Journal. – 2016. – Vol. 15. – P. 99–107. – DOI: 10.3923/itj.2016.99.107.

10. Khodir S.A., Shibayanagi T. Friction stir welding of dissimilar AA2024 and AA7075 aluminum alloys // Materials Science and Engineering: B. – 2008. – Vol. 148, N 1. – P. 82–87. – DOI: 10.1016/j.mseb.2007.09.024.

11. Towards aging in a multipass friction stir–processed АА2024 / K.N. Kalashnikov, S.Yu. Tarasov, A.V. Chumaevskii, S.V. Fortuna, A.A. Eliseev, A.N. Ivanov // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 103. – P. 2121–2132. – DOI: 10.1007/s00170-019-03631-3.

12. Tensile strength on friction stir processed AMg5 (5083) aluminum alloy / A.V. Chumaevsky, A.A. Eliseev, A.V. Filippov, V.E. Rubtsov, S.Yu. Tarasov // AIP Conference Proceedings. – 2016. – Vol. 1783. – P. 5–9. – DOI: 10.1063/1.4966320.

13. Investigation of weld defects in friction-stir welding and fusion welding of aluminium alloys / P. Kah, R. Rajan, J. Martikainen, R. Suoranta // International Journal of Mechanical and Materials Engineering. – 2015. – Vol. 10, N 1. – P. 26. – DOI: 10.1186/s40712-015-0053-8.

14. Gangwar K., Ramulu M. Friction stir welding of titanium alloys: a review // Materials and Design. – 2018. – Vol. 141. – P. 230–255. – DOI: 10.1016/j.matdes.2017.12.033.

15. A review of friction stir welding of steels: tool, material flow, microstructure, and properties / F.C. Liu, Y. Hovanski, M.P. Miles, C.D. Sorensen, T.W. Nelson // Journal of Materials Science and Technology. – 2018. – Vol. 34, N 1. – P. 39–57. – DOI: 10.1016/j.jmst.2017.10.024.

16. Friction stir welding of dissimilar aluminum alloy combinations: state-of-the-art / V. Patel, W. Li, G. Wang, F. Wang, A. Vairis, P. Niu // Metals. – 2019. – Vol. 9 (3). – P. 270. – DOI: 10.3390/met9030270.

17. Friction stir welding of copper: numerical modeling and validation / P. Sahlot, A.K. Singh, V.J. Badheka, A. Arora // Transactions of the Indian Institute of Metals. – 2019. – Vol. 72 (5). – P. 1339–1347. – DOI: 10.1007/s12666-019-01629-9.

18. Hwang Y.M., Fan P.L., Lin C.H. Experimental study on friction stir welding of copper metals // Journal of Materials Processing Technology. – 2010. – Vol. 210 (12). – P. 1667–1672. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2010.05.019.

19. Investigation of mechanical properties of friction stir welded pure copper plates / P. Nagabharam, D.S. Rao, J.M. Kumar, N. Gopikrishna // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, N 1, pt. 1. – P. 1264–1270. – DOI: 10.1016/j.matpr.2017.11.210.

20. Valeeva A.K., Valeev I.S. On the microhardness and microstructure of copper Cu99,99 % at radial-shear rolling // Letters on Materials. – 2013. – Vol. 3 (1). – P. 38–40. – DOI: 10.22226/2410-3535-2013-1-38-40.